Regelungstechnik fur Ingenieure: Analyse, Simulation und Entwurf von Regelkreisen, 13. Auflage

Das Buch behandelt klassische und moderne Methoden zur Untersuchung dynamischer Systeme. Es bietet eine ausführliche und verständliche Darstellung des Stoffes unter Berücksichtigung der Laplace-Transformation, der Verfahren der z-Transformation, sowie der digitalen Regelung mittels Mikrorechner. Zahlreiche Beispiele und Aufgaben dienen der Vertiefung des dargebotenen Stoffes. Die Regelkreisanalyse mittels MATLAB/SIMULINK sowie modell- und wissensbasierte Verfahren wie Neuro-Fuzzy werden ebenso behandelt. Aufgrund der ausführlichen Darstellung und der zahlreichen Beispiele und Aufgaben ist das Buch zum Selbststudium besonders gut geeignet. Es wendet sich an die mehr praxisbezogenen Studiengänge der Elektrotechnik und des Maschinenbaus. In der 13. Auflage sind die Kapitel Digitale Regelung und Intelligente Regelung komplett überarbeitet. Zustandsregelung ist in einem zusätzlichen Kapitel 13 hinzugefügt. Außerdem ist das Lehrbuch um einen zusätzlichen Online Service erweitert, den Sie unter www.viewegteubner.de finden. Cover 1 Regelungstechnik für Ingenieure, 13. Auflage 4 ISBN 9783834809001 5 Vorwort zur 1. Auflage 6 Vorwort zur 13. Auflage 7 Inhaltsverzeichnis 8 1 Einleitung 21 1.1 Das Prinzip der Regelung 23 1.2 Darstellung im Wirkungsplan 25 Einheitsbezeichnungen 27 1.3 Gerätetechnische Ausführung eines Regelkreises 27 1.4 Das Prinzip der Steuerung 28 1.5 Beispiele für einfache Regelkreise 29 Temperaturregelung 29 Druckregelung in einer Rohrleitung 29 Sendeleistungsregelung eines Mobiltelefons 30 Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors 31 1.6 Beispiele für vermaschte Regelkreise 32 Festwert-Verhältnisregelung 32 Mehrgrößenregelung 34 2 Mathematische Behandlung von Regelkreisen 35 2.1 Beharrungszustand und Zeitverhalten eines Regelkreisgliedes 35 2.2 Das Aufstellen der Differentialgleichung 37 2.3 Lösung der Differentialgleichung 39 2.3.1 Spezielle Eingangsfunktionen 39 2.4 Beschreibung von Regelkreisen im Frequenzbereich 54 2.4.1 Der Frequenzgang 54 2.4.2 Die Ortskurve 56 2.4.3 Beziehung zwischen Ortskurve und Sprungantwort 59 2.4.4 Das Bode-Diagramm 61 2.5 Beschreibung von Regelkreisen mit Übertragungsfunktionen 62 2.5.1 Verbindungsmöglichkeiten von Regelkreisgliedern 62 2.6 Behandlung des statischen Verhaltens 64 2.6.1 Statische Kennlinien 65 2.6.2 Statischer Regelfaktor 67 2.6.3 Linearisierung mit analytischen Verfahren 68 2.6.4 Linearisierung mit grafischen Verfahren 70 3 Die Regelstrecke 71 3.1 P-Strecken ohne Verzögerung 73 3.2 P-Strecken mit Verzögerung 73 3.4 Strecken höherer Ordnung 90 3.5 Schwingungsfähige P-Strecken 2. Ordnung 95 3.6 I-Strecken ohne Verzögerung 103 3.7 I-Strecken mit Verzögerung 1. Ordnung 106 3.8 Strecken mit Totzeit Tt 112 3.9 Regelstrecken mit Totzeit und Verzögerung 116 4 Regeleinrichtungen 119 4.1 Elektronische Regler mittels Operationsverstärker 121 4.2 Führungsund Störverhalten des geschlossenen Regelkreises 124 4.2.1 Führungsübertragungsfunktion 124 4.3 Zeitverhalten stetiger Regeleinrichtungen 126 4.3.1 P-Regeleinrichtung 126 4.3.2 I-Regeleinrichtung 132 4.3.3 PI-Regeleinrichtung 138 4.3.4 D-Verhalten 145 4.3.5 PD-Regeleinrichtung 147 4.3.6 PID-Regeleinrichtung 155 5 Das Bode Diagramm. Frequenzkennlinienverfahren 163 5.1 Bode-Diagramme einfacher Frequenzgänge 163 5.1.1 Bode-Diagramm des Po-Gliedes 164 5.1.2 Bode-Diagramm eines I-Gliedes 164 5.1.3 Bode-Diagramm eines D-Gliedes 166 5.1.4 Bode-Diagramm eines P-Gliedes mit Verzögerung 1. Ordnung 167 5.1.5 Bode-Diagramm eines PI-Gliedes 168 5.1.6 Bode-Diagramm eines PD-Gliedes 170 5.1.7 Bode-Diagramm eines P-Tz-Gliedes 172 5.3 Numerische Berechnung des Bode-Diagramms 183 6 Stabilitätskriterien 187 6.1 Stabilitätskriterium nach Hurwitz 188 6.2 Stabilitätskriterium nach Nyquist 194 6.3 Stabilitätsuntersuchung nach 205 6.3.1 Vereinfachtes Nyquist-Kriterium 210 6.3.2 Stabilitätsgüte und 211 6.4 Stabilitätsuntersuchung mittels Zweiortskurvenverfahren 215 6.4.1 Konstruktion der negativ inversen Ortskurve der Strecke 217 7 Das Wurzelortskurvenverfahren 221 7.1 Analytische Berechnung der Wurzelortskurve 223 7.2 Geometrische Eigenschaften von Wurzelortskurven 233 8 Entwurf von linearen Regelkreisen 241 8.1 Gütekriterien des Zeitverhaltens 241 Bild 8.1 241 • Bleibende Regeldifferenz 242 • Überschwingweite 243 • Anregelund Ausregelzeit 243 • Dämpfung 243 8.2 Praktische Einstellregeln 244 8.2.1 Grob approximierte Strecke 244 8.2.2 Fein approximierte Strecke 248 8.3 Integralkriterien 253 8.4 Einstellregeln im Frequenzbereich 256 8.4.1 Betragsoptimum 256 8.4.2 Symmetrisches Optimum 258 8.5 Entwurf von Regelkreisen mit instabilen Strecken 263 8.5.1 Instabile P-TI-Glieder 263 8.5.2 Instabile P-Tz-Glieder 265 8.5.3 Beispiele von instabilen Regelstrecken 268 8.6 Verrnaschte Regelung 271 8.6.1 Regelung mit Hilfsregelgrößen 271 8.6.2 Kaskadenregelung 272 8.6.3 Begrenzungsregelung 274 8.6.4 Störgrößenaufschaltung 276 8.7 Mehrgrößenregelung 278 8.7.1 Regelstrecken mit mehreren Ein-/ und Ausgangsgrößen 278 8.7.2 Strukturen der Mehrgrößenregelung 281 8.7.3 Entwurf eines Diagonalreglers 282 8.7.4 Stabilität der Zweigrößenregelung 285 8.7.5 Entwurf eines Entkopplungsreglers 285 9 Nichtlineare Glieder im Regelkreis 291 9.1 Harmonische Balance 295 9.2 Ermittlung spezieller Beschreibungsfunktionen 296 9.2.1 Beschreibungsfunktion eines Gliedes mit Sättigung 297 9.2.2 Beschreibungsfunktion eines Gliedes mit toter Zone Bild 9.11 299 9.2.3 Beschreibungsfunktion eines Gliedes mit Hysterese 302 9.3 Stabilitätsuntersuchungen an nichtlinearen Regelkreisen 307 9.3.1 Dreipunktregler mit nachgeschaltetem Stellmotor zur Druckregelung 308 9.3.2 Untersuchung eines Regelkreises mit Ansprechempfindlichkeit 312 10 Unstetige Regelung 315 10.1 Idealer Zweipunktregler an einer P-Strecke höherer Ordnung 316 10.2 Zweipunktregler mit 322 10.3.1 Zweipunktregler mit verzögerter Rückführung 326 10.3.2 Zweipunktregler mit verzögert-nachgebender Rückführung 330 10.3 Zweipunktregler mit Rückführung 325 10.3.1 Zweipunktregler mit verzögerter Rückführung 326 10.3.2 Zweipunktregler mit verzögert-nachgebender Rückführung 330 10.4 Dreipunktregler 332 10.4.1 Dreipunktregler mit Rückführung 333 11 Digitale Regelung 335 11.1 Digitale Regeleinrichtungen 335 11.2 Abtastregelung 339 11.2.1 Wirkungsweise von digitalen Regelkreisen 340 11.2.2 Rechenzeit 343 11.2.3 Beschreibungsmethoden 344 11.3 Quasikontinuierliche Regelung 347 11.4 Beschreibung von Abtastsystemen im Zeitbereich 350 11.4.1 Differenzengleichungen 350 11.4.2 Aufstellen der Differenzengleichungen 350 11.4.3 Lösung der Differenzengleichungen mittels Rekursion 351 11.4.4 Exakte Lösung der Differenzengleichungen 351 11.4.5 Digitalisierung analoger Regelalgorithmen 355 11.4.6 Stabilitätsbedingung für Abtastsysteme 361 11.5 Beschreibung von digitalen Systemen im z-Bereich 363 11.5.1 Die 363 11.5.2 Die z·Übertragungsfunktionen 366 11.5.3 Digitale Übertragungsfunktionen von einzelnen Elementen 368 11.5.4 Digitale Führungsübertragungsfunktionen 371 11.5.5 Stabililätskriterien für digitale Regelkreise 372 12 Intelligente Regelung 377 12.1 Modellbasierte Regelung 377 12.1.1 Kompensationsregler 377 12.1.2 Smith-Prädiktor 379 12.1.4 Regler mit einem adaptiven Filter 384 12.2.2 Fuzzy-Mengen und Zugehörigkeitsfunktionen 392 12.3 Neuro-Regelung 397 12.3.1 Grundmodell eines künstlichen Neurons 397 12.3.2 Mehrschicht-KNN und Backpropagation 399 13 Zustandsregelung 407 13.1 407 13.1.1 408 13.1.2 Stabilitätsuntersuchung in der Zustandsebene 410 13.1.3 Zustandsrückführung eines nichtlinearen Systems 414 13.2 Zustandsraum 417 13.3 Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit 420 13.4 Entwurf von Regelkreisen mittels Polzuweisung 422 13.4.1 Zustandrückführung 422 13.4.2 Vorfilter 424 13.4.3 Ausgangsrückführung 425 13.4.4 Störgrößenaufschaltung 428 13.4.5 Beobachterentwurf 430 13.5 Optimale Zustandsregelung nach LQ-Kriterien 433 13.5.1 Optimale Zustandsrückführung 434 13.5.2 Entwurf eines optimalen Beobachters 436 14 Regelkreisanalyse mit MATLAB 437 14.1 Grundlagen der MATLAB-Programmierung 437 14.2 Grafik mit MATLAB 441 14.3 Control System Toolbox 446 14.5 WOK mit MATLAB 452 14.6 Einführung in MATLAB I Simulink 458 Anhang 461 Rechenregeln der Laplace-Transformation 485 Korrespondenztabelle 486 Sätze der Laplace- und z-Transformation 487 Tabelle der Laplace- und z-Transformation 488 Tabelle der wichtigsten Regelkreisglieder 490 Literaturverzeichnis 496 English-German Symbols Directory 503 Fachwörter Deutsch-Englisch 511 Sachwortverzeichnis 525 3834809004,9783834809001 Vieweg+Teubner 2010